低温省煤器热工控制系统的改造及对应措施

姜桂荣

（国华三河发电有限责任公司，河北 三河 065201）

0 概 述

为遏制污染物排放，提高大气质量，国家环保部发布了GB13223－2011《火电厂大气污染物排放标准》，标准已经于2012年1月1日起执行。标准中规定，自2014年7月1日起，燃煤火电锅炉在非重点地区，烟尘排放限值为30mg／Nm3，重点地区烟尘排放限值为20mg／Nm3。在2013年，国华公司提出了《国华电力高品质绿色发电计划》，规定机组烟尘排放限值为5mg／Nm3。为了满足国家和国华电力公司燃煤火电锅炉烟尘排放限值的要求，需对现役机组开展相应的技术改造。采用低温省煤器＋低温电除尘机组，能够进一步降低电除尘器出口的粉尘浓度，一般情况下，能小于20mg／Nm3。结合某型锅炉低温省煤器改进后的情况，对关键的四项热控技术问题进行了分析，并提出针对性措施。为同类机组的低温省煤器的改造，提供技术参照。

1 设备概况

某机组配备亚临界控制循环燃煤汽包锅炉，一次中间再热、单炉膛、切圆燃烧、钢架全悬吊结构、半露天布置、固态排渣。汽轮机为亚临界、一次再热、凝汽式350MW汽轮机组。回热系统中设置有3台高压加热器，4台低压加热器。每台机组配置2台50%容量的静电除尘器，每台除尘器为双室五电场。原系统设计中，电除尘器出口烟气的含尘量不大于100mg／Nm3，除尘器效率不低于99.88%。

低温省煤器的技术方案为：凝结水在低温省煤器内吸收排烟热量，降低排烟温度后，凝结水自身被加热，温度升高后的凝结水再返回至汽轮机低压加热器系统，代替部分低压加热器的作用，如图1所示。在发电量不变的情况下，可降低机组的能耗。同时，由于进入脱硫塔的烟温下降，还可以节约脱硫工艺水的消耗量。低温省煤器加装在空预器和电除尘器之间。在设计条件下，低温省煤器出口烟温为95～105℃，并可调节。当烟气温度降低后，粉尘比电阻降低，使烟气的流速降低，可提高电除尘器的除尘效率。在电除尘器内去除SO3，减轻了下游设备的腐蚀。烟温降低后，降低了脱硫系统的水耗，回收的热量还能用来加热凝结水，提高了机组运行的经济性。

图1 低温省煤器烟气余热回收系统

低温省煤器安装在空预器出口至电除尘器前的水平烟道上，低温省煤器的各项参数，如表1所示。锅炉的燃用煤质，如表2所示。

表1 低温省煤器设计参数

表2 2013年度的入炉煤质

2 低温省煤器对热工控制系统的要求

2.1 自动调节性能与设备要求

低温省煤器应具有自动调节性能，且便于控制。当低温省煤器对凝结水进行控制和调节时，不能影响机组的可靠运行。实现对进入低温省煤器的凝结水温度和流量的控制，并能有效降低低温省煤器的腐蚀。

2.2 设备故障能够及时切除

当低温省煤器发生泄漏等故障时，能够及时将其切除，不得影响机组的继续运行，需要设置监视仪表和烟气温度等典型工况下设备的运行曲线。

3 低温省煤器的控制措施

低温省煤器的管壁温度应可控。合理选取低温省煤器的进水温度及进水流量，避开低温省煤器金属壁温在烟气高腐蚀速度区域，满足机组低负荷运行时的防腐要求。低温省煤器可回收能级较低、传热温差较小的热量。因此，需要精确设计，优化低温省煤器取水位置和回水位置，控制流量和温度，保证在多工况下与热力系统的最佳耦合。争取在不利的条件下，尽可能取得最大的节能效果。

3.1 低温省煤器入口的水温控制

控制低温省煤器水侧低温段腐蚀的主要方法是控制入口水的温度。控制低温省煤器入口水温，使管束的最低壁温高于水露点25℃（水露点温度43.78℃），以避开了低温腐蚀区。一般控制入口水温度不低于70℃。

低温省煤器在热力系统中的取水方式，直接影响到经济效果和分析计算的方法，还关系到设备的安全运行。如选取较低的进口水温，可增大传热温差，提高换热效率，但将加剧管壁的腐蚀；如选取较高的进水温度，则将因换热温差较小而降低了低温省煤器的换热效率。低温省煤器联入热力系统的方案有多种，就其本质而言，联入热力系统的方式可分为串联或并联。根据该机组的实际工况，在冬季有抽汽供热的需求，所以选取了并联方式。

结合汽机THA工况热平衡图中各低加入口凝结水温度，为了降低传热温差，提升设备运行的经济性，设计时，具体的取水方案为：当在额定工况下运行时，低温省煤器水侧从1号低加入口（纯凝工况设计温度33.61℃）和2号低加出口（纯凝工况设计温度85.98℃）取部分凝结水，混合水的温度为70℃，且自动控制混合水温度在70℃以上，经低温省煤器加热后，回3号低加出口（纯凝工况设计温度115℃），同时兼顾低温省煤器出口水温度大于3号低加出口温度，排挤更多的上一级低加抽汽。更主要的是随着机组负荷变化，对低温省煤器进水温度兼顾出水温度进行相应的调整。回路调节器的控制图，如图2所示。

图2 低温省煤器入口水温度单回路调节器

3.2 低温省煤器出口烟气温度控制

设计低温省煤器入口烟气温度为150℃，出口温度为95℃；锅炉低温省煤器的凝结水流量可调，如此，即可控制低温省煤器出口烟温在设计范围内，使烟温高于95℃（烟气露点温度计算为95.05℃）。为此，采取的设计方案是通过凝结水流量控制低温省煤器出口烟气温度。在3号低加和4号低加之间的主凝结水管道上，新增加串联的流量调节阀和该调节阀的电动旁路阀。通过自动调节，控制进入低温省煤器的凝结水流量，保持低温省煤器出口的烟气温度在95℃以上，从而控制低温省煤器的腐蚀速率。烟气温度的控制，如图3所示。

图3 低温省煤器出口烟气温度恒定值单回路调节器

3.3 低温省煤器烟气压差控制

低温省煤器连接在空预器和电除尘之间，工况环境恶劣，烟气中的含尘量较大，且采用了H型焊接鳍片的高效换热管，设备积灰的可能性较大。积灰后低温省煤器的阻力增加，局部烟气的流速增加，增大了对换热设备的冲刷和磨损，增加了设备泄漏的几率。同时，上级受热面的吹灰或其他固体颗粒都将沉积在低温省煤器的鳍片中不易清除，因此需对低温省煤器的烟气差压进行连续监视，控制烟气差压不超过200 Pa。如不能对烟气侧差压进行有效控制，可能会引起机组降负荷甚至停机检修事故，因此需连续监视，掌握设备运行规律，确定合理的吹灰周期。

3.4 锅炉低温省煤器退出保护和控制方式

选定设计参数时，须考虑系统及设备长期运行的可靠性。低温省煤器应有防止腐蚀的壁温低保护、泄漏监控报警和温度报警装置，一旦发生壁温低、泄漏等故障情况，具备快速处理技术手段，根据具体情况，能有效隔离部分或全部系统。

（1）通过对低温省煤器凝结水系统进出口管道上的压力差与正常典型工况进行对比，分析了压力波动情况，且在CRT画面上，可对各种工况下凝结水压力差与典型运行压力差的曲线进行对比，即能判断设备是否发生泄漏。

（2）监视两侧烟道进出口烟气温度差的变化，也能在CRT画面上对各种工况下烟气温度差、两侧烟道进出烟气温度差与典型运行烟气温度差曲线进行对比，可判断设备是否发生泄漏。

（3）当低温省煤器凝结水入口温度低于70℃时，系统报警。当出口烟气温度低于95℃时，系统报警。低温省煤器的壁温低于72.95℃时，系统保护动作，自动切除低温省煤器。当凝结水流量低于50%负荷以下，应人工切除低温省煤器。

4 低温省煤器实际运行改造控制效果

经过近1年的运行实践，低温省煤器运行良好，热工控制的凝结水温度和流量平稳，满足了低温省煤器的运行需要，除尘效果和节能降耗达到了预期效果。

在额定负荷工况下，电除尘器出口的排放浓度由17.92mg／Nm3，降至11.68mg／Nm3；在75%额定负荷工况下，电除尘器出口的排放浓度由16.18 mg／Nm3，降至12.43mg／Nm3。

根据热力试验，得到低温省煤器投入后供电煤耗的降低值，在350MW工况下为2.14g／kW·h，在260MW工况下为1.52g／kW·h，在175MW工况下为0.70g／kW·h。

5 结 语

在低温省煤器技术改造中，用热工控制的方法防止了烟气对低温省煤器的腐蚀。在热控系统中，解决了低温省煤器入口水温度、出口烟气温度、烟气压差、退出保护等关键技术问题。改造后，机组运行平稳。此类热控方式，可为类似低温省煤器的技术改造提供参考。